Phân tích cấu trúc nơ ̣i dung chương “Dòng điê- 123docz.net

8. Cấu trúc luận văn

2.1. Phân tích cấu trúc nơ ̣i dung chương “Dòng điê ̣n xoay chiều”

2.1.1. Đặc điểm chương “Dòng điê ̣n xoay chiều”

Chương “Dịng điện xoay chiều” là chương thứ ba trong SGK vật lý 12 THPT chương trình cơ bản, là chương cĩ số tiết nhiều nhất (có tởng sớ 15 tiết gờm: 8 tiết lí thuyết + 4 tiết bài tâ ̣p + 2 tiết thực hành + 1 tiết kiểm tra).

Đây là chương cĩ nhiều kiến thức mới quan trọng và cĩ nhiều ứng dụng trong thực tiễn đời sớng sản xuất, an ninh quớc phòng... Do đĩ, việc làm cho HS nắm vững kiến thức của chương là hết sức cần thiết.

Chương “Dịng điện xoay chiều” là một trong những chương cĩ số lượng bài tập phong phú và đa dạng, một số khái niệm và bài tập cĩ sự tương tự với dao động cơ, đây là nhân tố quan trọng để giúp HS hiểu sâu hơn về dịng điện xoay chiều đồng thời vận dụng những kiến thức tương tự để giải bài tập về dịng điện xoay chiều. Đây cũng là chương cĩ vận dụng nhiều kiến thức tốn học trong quá trình xây dư ̣ng lí thuyết cũng như giải bài tập.

Nội dung chính của chương gồm những kiến thức sau: Cách tạo ra hiệu điện thế xoay chiều, dịng diện xoay chiều.

Quan hệ giữa dịng điện và hiệu điện thế (về pha và tần số), đi ̣nh luâ ̣t Ohm trong các loại đoạn mạch.

Nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của các loại máy phát điện xoay chiều mơ ̣t pha, ba pha.

Cấu ta ̣o và nguyên tắc hoa ̣t đơ ̣ng của máy biến áp, ứng du ̣ng của máy biến áp trong truyền tải điê ̣n năng đi xa.

Cấu ta ̣o và nguyên tắc hoa ̣t đơ ̣ng của động cơ khơng đồng bộ ba pha, một pha.

2.1.2. Mục tiêu da ̣y học chương “Dòng điê ̣n xoay chiều” theo chuẩn kiến thức,kĩ năng kĩ năng

Kiến thức

Viết được biểu thức của cường độ dịng điện và điện áp tức thời.

Phát biểu được định nghĩa và viết được cơng thức tính giá trị hiệu dụng của cường độ dịng điện, của điện áp.

Viết được các cơng thức tính cảm kháng, dung kháng và tổng trở của đoạn mạch cĩ R, L, C mắc nối tiếp và nêu được đơn vị đo các đại lượng này.

Nêu đươ ̣c độ lệch pha giữa dịng điện và điện áp tức thời đối với các đoạn mạch xoay chiều thuần điện trở, thuần cảm, thuần dung kháng.

Viết được cơng thức tính độ lệch pha giữa dịng điện và điện áp tức thời với đoạn mạch RLC nối tiếp và nêu được trường hợp nào thì dịng điện trể pha, sớm pha và cùng pha so với điện áp.

Viết được các hệ thức của định luật Ohm đối với đoạn mạch RLC nối tiếp (đối với giá trị hiệu dụng và độ lệch pha).

Nêu được những đặc điểm của đoạn mạch RLC nối tiếp khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng điện.

Viết được cơng thức tính cơng suất điện và cơng thức tính hệ số cơng suất của đoạn mạch RLC nối tiếp.

Nêu được lí do tại sao cần phải tăng hệ số cơng suất ở nơi tiêu thụ điện.

Kĩ năng

Vẽ được giản đồ Fre-nen cho đoạn mạch RLC nối tiếp. Giải được các bài tập đối với đoạn mạch RLC nối tiếp. Kỹ năng vẽ hoặc đọc đồ thị i (t), E (t).

Kỹ năng vận dụng tốn học trong các bài tốn tìm cực trị.

Giải thích được nguyên tắc hoạt động của máy phát điện xoay chiều, động cơ điện xoay chiều ba pha và máy biến áp.

Tiến hành được thí nghiệm để khảo sát đoạn mạch RLC nối tiếp.

Cấu trúc về sự phát triển các nơ ̣i dung kiến thức của chương có thể trình bày theo sơ đờ 1.5 sau đây:

Sơ đờ 2.1. Grap cấu trúc nơ ̣i dung chương “Dịng điện xoay chiều”

Đại cương về dịng điện xoay chiều

Các loại mạch điện xoay chiều, định luật Ơm

Các giá trị hiệu dụng Nguyên tắc tạo ra dịng điện xoay chiều Khái niệm dịng điện xoay chiều Mạch điện chỉ chứa R

Dịng điện xoay chiều

Mạch điện chỉ chứa L Mạch điện chỉ chứa C Mạch điện R, L, C mắc nối tiếp Định luật Ơm

Dịng điện xoay chiều 3 pha

Máy phát điện xoay chiều 1 pha

Máy phát điện xoay chiều 3 pha Điện năng và truyền

tải điện năng

Cơng suất tiêu thụ điện năng Máy biến áp Cảm kháng Dung kháng Tổng trở Động cơ khơng đồng bộ 3 pha Khảo sát thực nghiê ̣m ma ̣ch điê ̣n xoay chiều chỉ

2.1.3. Khĩ khăn và sai lầm phổ biến của HS qua điều tra ở trường phở thơng

2.1.3.1. Khĩ khăn Về kiến thức

HS khơng nắm vững khái niệm dịng điện xoay chiều, khơng hiểu định nghĩa cường độ hiệu dụng của dịng điện xoay chiều, hiểu khơng rõ ràng hiện tượng cảm ứng điện từ.

HS hiểu khơng đầy đủ tác dụng của các linh kiện R, L, C trong mạch điện xoay chiều.

HS khơng nắm rõ quy ước độ lệch pha ϕ giữa u và i.

HS khơng hiểu bản chất của dịng điện xoay chiều 3 pha và tác dụng của dịng xoay chiều 3 pha trong động cơ khơng đồng bộ 3 pha.

Về kĩ năng

Kĩ năng vẽ giản đồ véc tơ, vẽ và đọc đồ thị.

Kĩ năng xác đi ̣nh nghiê ̣m của phương trình lượng giác.

Kĩ năng vận dụng tốn học để giải các bài tốn cực trị (UMax, PMax …).

2.1.3.2. Sai lầm phổ biến

HS thường nhầm lẫn kiến thức về dòng điê ̣n khơng đởi với kiến thức về dòng điê ̣n xoay chiều.

HS thường sai lầm khi viết biểu thức u và i do khơng nắm vững ý nghĩa độ lệch pha giữa u và i.

HS thường cho rằng khơng tờn ta ̣i dòng điê ̣n xoay chiều trong đoa ̣n ma ̣ch điê ̣n có mắc tu ̣ điê ̣n.

HS cho rằng cuơ ̣n dây cản trở dòng điê ̣n xoay chiều là do nó có điê ̣n trở. HS khơng nắm vững bản chất của các khái niệm, khơng nhớ chính xác cơng thức tính các đại lượng vật lý.

HS thường nhầm lẫn giá trị cực đại và giá trị hiệu dụng khi tính tốn và viết các biểu thức tức thời.

HS thường cho rằng đi ̣nh luâ ̣t Ohm áp du ̣ng được cho các giá tri ̣ tức thời của ma ̣ch điê ̣n chỉ có tu ̣ điê ̣n, chỉ có cuơ ̣n cảm…

HS thường nhầm lẫn khi áp du ̣ng cơng thức tính đơ ̣ lê ̣ch pha giữa điê ̣n áp và dòng điê ̣n trong ma ̣ch điê ̣n khơng phân nhánh R, L, C.

HS khơng đọc kỹ đề bài nên trong các bài tốn cuộn dây khơng thuần cảm thường bỏ quên điện trở thuần r của cuộn dây hoặc trong một số bài tốn vận dụng cơng thức một cách máy mĩc.

HS khơng nắm vững đơn vị đo lường chuẩn của các đại lượng vật lý dẫn đến kết quả sai trong các bài tập tính tốn.

HS khơng nắm vững phương pháp giải bài tập cơ bản, chưa biết cách sử dụng kiến thức tốn học trong các bài tốn dẫn đến bế tắc khơng tìm ra lời giải hoặc giải sai...

2.1.4. Mợt sớ ví dụ liên quan đến nợi dung lí thuyết kiến tạo dạy học chương “Dòng điê ̣n xoay chiều”

Lí thuyết kiến ta ̣o trong da ̣y ho ̣c vâ ̣t lí được đă ̣c trưng bởi năm yếu tớ cơ bản sau.

Thứ nhất: Kích hoạt kiến thức

Kích hoa ̣t kiến thức là yếu tớ rất quan tro ̣ng vì những gì HS được ho ̣c luơn luơn liên quan đến mơ ̣t phần nào đó mà HS đã được biết. Khi đứng trước mơ ̣t vấn đề mới HS phải được kích hoa ̣t kiến thức cũ, để từ đó mở rơ ̣ng kiến thức và tự tinh chỉnh kiến thức này.

Ví du ̣ 1: “Tìm hiểu nguyên tắc ta ̣o ra dòng điê ̣n xoay chiều” HS tự mình xây dựng mơ hình, liên hê ̣ thực tế, xác đi ̣nh suất điê ̣n đơ ̣ng cảm ứng…. Trong mỡi bước, HS cần có kiến thức để giải thích trong bới cảnh của những gì ho ̣ đã biết. Do đó trước khi tìm hiểu nguyên tắc ta ̣o ra dòng điê ̣n xoay chiều GV cần phải kích hoa ̣t những kiến thức liên quan như: Đi ̣nh luật cảm ứng điê ̣n từ; đi ̣nh nghĩa suất điện đợng cảm ứng; biểu thức tính từ thơng… Mà HS đã được tìm hiểu trong chương trình Vâ ̣t lý lớp 11 THPT.

Thứ hai: Trao đởi (mua) kiến thức

Trong quá trình ho ̣c tâ ̣p, HS phải “mua” cho mình những kiến thức, đó là mơ ̣t cách giúp HS xác đi ̣nh mức đơ ̣ kiến thức hiê ̣n có của ho ̣.

Ví du ̣ 2: Khi khảo sát máy biến áp ở chế đơ ̣ khơng tải HS phải tự làm thí nghiê ̣m (theo nhóm hoă ̣c mơ ̣t mình) để rút ra kết luâ ̣n “Tỉ sớ các điê ̣n áp hiê ̣u du ̣ng ở hai đầu cuơ ̣n thứ cấp và cuơ ̣n sơ cấp luơn luơn bằng tỉ sớ vòng dây của hai cuơ ̣n đó”. HS báo cáo sau khi có kết luâ ̣n chung của nhóm.

HS làm viê ̣c trong các nhóm sẽ hửu ích hơn so với làm viê ̣c mơ ̣t mình vì ho ̣ có cơ hơ ̣i để ho ̣c hỏi, đưa ra ý tưởng và nhâ ̣n được thơng tin phản hời ngay sau đó. Sự phản hời này đánh giá được sự am hiểu và khả năng tư duy của HS về vấn đề ho ̣c tâ ̣p. Điều này đòi hỏi GV phải cung cấp cho hoa ̣t đơ ̣ng ho ̣c nhiều yêu cầu khác nhau để nhìn la ̣i những gì mà HS đã ho ̣c.

Thứ ba: Sự hiểu biết kiến thức

Nguyên tắc cơ bản của DHKT là GV trao cho HS cơ hơ ̣i bày tỏ quan điểm của ho ̣ và diến đa ̣t ý tưởng sáng ta ̣o của ho ̣ mơ ̣t cách tự do trong lớp trước mơ ̣t khái niê ̣m khoa ho ̣c mới được trình bày bởi GV. Sự tương tác ho ̣c tâ ̣p là cách tiếp câ ̣n trực tiếp của HS với GV, ba ̣n ho ̣c, tài liê ̣u ho ̣c tâ ̣p… Kết quả của sự tương tác này là các khái niê ̣m và quan điểm khoa ho ̣c của HS mà đơi khi HS khơng ý thức được khái niê ̣m đó là đúng hay sai.

Ví du ̣ 3: Đa sớ HS cho rằng “Đi ̣nh luâ ̣t về điê ̣n áp tức thời” trong đoa ̣n ma ̣ch điê ̣n xoay chiều mắc nới tiếp là mơ ̣t nơ ̣i dung dễ ho ̣c bởi vì biểu hiê ̣n của nơ ̣i dung đi ̣nh luâ ̣t rất rõ ràng trong kinh nghiê ̣m sớng hằng ngày. Tuy nhiên, những nghiên cứu thực nghiê ̣m la ̣i cho kết quả ngược la ̣i, HS luơn nghĩ rằng điê ̣n áp hai đầu ma ̣ch điê ̣n gờm nhiều đoa ̣n ma ̣ch mắc nới tiếp bao giờ cũng bằng tởng đa ̣i sớ điê ̣n áp giữa hai đầu mỡi đoa ̣n ma ̣ch mà khơng phân biê ̣t được đó là tởng đa ̣i sớ điê ̣n áp tức thời hay điê ̣n áp hiê ̣u du ̣ng.

Thứ tư: Vận dụng kiến thức

Trong da ̣y ho ̣c vâ ̣t lí viê ̣c mất nhiều thời gian hơn vào viê ̣c thảo luâ ̣n những khái niê ̣m căn bản như đơ ̣ lê ̣ch pha, tởng trở, đi ̣nh luâ ̣t ơm, cơng suất tiêu thu ̣ điê ̣n… là rất cần thiết vì điều đó giúp HS nắm vững và hiểu rõ vấn đề. Còn những phép tính tuy cũng cần thiết nhưng nó khơng có nhiều ý nghĩa vâ ̣t lí.

Ví du ̣ 4: Đới với HS khi mơ tả Đi ̣nh luâ ̣t Ơm cho đoa ̣n ma ̣ch điê ̣n xoay chiều gờm R, L, C mắc nới tiếp, đòi hỏi nhiều khả năng tư duy, cách mơ tả và diễn đa ̣t về đi ̣nh luâ ̣t hơn là chỉ biết ho ̣c thuơ ̣c và áp du ̣ng cơng thức I = UZ để tính về tri ̣ sớ.

Trong DHKT, GV nên tránh sữa chữa những câu trả lời sai của HS mơ ̣t cách nhanh chóng vì những câu trả lời sai của HS thường xuất phát từ sự thiếu chú ý hay từ sự giới ha ̣n về cách giải quyết bài toán vâ ̣t lí của HS. Thay vì cản trở khả năng thể hiê ̣n năng lực của HS, GV cần phải kích thích HS bày tỏ những quan niê ̣m, ý tưởng của mình, mă ̣c dù HS có thể hiểu sai về các khái niê ̣m này.

Ví du ̣ 5: Khi cùng tìm hiểu khái niê ̣m “Máy biến áp”, thì viê ̣c hiểu các thuâ ̣t ngữ này giữa GV và HS đơi khi la ̣i khơng giớng nhau. Vì HS thường lấy kinh nghiê ̣m và ngơn từ thường ngày để giải thích mà hiểu sai khái niê ̣m máy biến áp trong vâ ̣t lí, GV ta ̣o điều kiê ̣n cho HS trình bày sự hiểu biết của mình về máy biến áp. Sẽ có rất nhiều điều thú vi ̣ khi HS cùng tranh luâ ̣n về khái niê ̣m “Máy biến áp” trong vâ ̣t lí và trong cuơ ̣c sớng hằng ngày của các em.

Thứ năm: Đánh giá kiến thức

Trong da ̣y ho ̣c vâ ̣t lí, GV khơng để HS làm viê ̣c vượt quá khả năng của ho ̣. Vì mỡi HS có những nhu cầu về mức đơ ̣ tìm hiểu vấn đề ho ̣c tâ ̣p khác nhau. Chẳng ha ̣n viê ̣c viết mơ ̣t bài luâ ̣n về tác du ̣ng của dòng điê ̣n xoay chiều trong ma ̣ng điê ̣n gia đình thì sẽ khó hơn viê ̣c tính điê ̣n năng tiêu thu ̣ của chiếc qua ̣t điê ̣n mà trên vỏ có ghi 220V – 60W trong mơ ̣t giờ đờng hờ. Đó là lí do ta ̣i sao mơ ̣t sớ HS thích những cơng viê ̣c bình thường hơn là phải làm những cơng viê ̣c đòi hỏi nhiều cơng sức đào sâu kiến thức để làm nởi bâ ̣t bản chất vấn đề. Tuy nhiên, GV nên đánh giá cao quan điểm, ý tưởng của HS để HS thấy rằng kết quả của mình là có giá tri ̣.

Tư duy sáng ta ̣o cá nhân phải được tă ̣ng thưởng bằng điểm tớt, và bằng lời đơ ̣ng viên của GV. Mă ̣c dù sự tư duy sáng ta ̣o cá nhân đơi khi khác với lí thuyết đã được cơng nhâ ̣n, viê ̣c đánh giá cao kết quả của HS khơng có nghĩa là GV khơng dựa vào các khái niê ̣m khoa ho ̣c có giá tri ̣ để thuyết phu ̣c hay bở sung cho kết quả của HS.

2.2. Thiết kế giáo án, tở chức da ̣y ho ̣c theo quan điểm kiến ta ̣o

Trong phần này chúng tơi thiết kế giáo án và tở chức da ̣y ho ̣c chương “Dòng điê ̣n xoay chiều” theo quan điểm kiến ta ̣o gờm những bài sau:

Bài 1: Đa ̣i cương về dòng điê ̣n xoay chiều. Bài 2: Các ma ̣ch điê ̣n xoay chiều

Bài 3: Ma ̣ch có R, L, C mắc nới tiếp.

Bài 4: Bài tâ ̣p về ma ̣ch điê ̣n xoay chiều có R, L, C mắc nới tiếp.

Bài 5: Cơng suất điê ̣n tiêu thu ̣ của ma ̣ch điê ̣n xoay chiều. Hê ̣ sớ cơng suất. Bài 6: Truyền tải điê ̣n năng. Máy biến áp.

Bài 7: Máy phát điê ̣n xoay chiều

Bài 1: Đa ̣i cương về dòng điê ̣n xoay chiều 1. Mu ̣c tiêu

1.1. Kiến thức

HS phát biểu được định nghĩa về dịng điện xoay chiều, viết được biểu thức cường độ dịng điện tức thời của dịng điện xoay chiều.

Nêu được ví dụ về đồ thị của cường độ dịng điện tức thời, chỉ ra được trên đồ thị các đại lượng cường độ dịng điện cực đại, chu kì.

1.2. Kĩ năng

Giải thích đươ ̣c nguyên tắc tạo ra dịng điện xoay chiều.

Viết được biểu thức của cơng suất tức thời của dịng điện xoay chiều chạy qua mạch một điện trở.

Phát biểu được định nghĩa và viết được biểu thức về giá tri ̣ hiệu dụng.

1.3. Giáo du ̣c thái đơ ̣

Nhiê ̣t tình, cẩn thâ ̣n và có tinh thần đoàn kết trong quá trình ho ̣c tâ ̣p.

Tâ ̣p trung, nghiêm túc và chính xác để đưa ra các nhâ ̣n xét, kết luâ ̣n. Có ý thức hợp tác làm viê ̣c theo nhóm.

Hứng thú, yêu thích mơn ho ̣c và tinh thần ham hiểu biết đới với các sự vâ ̣t, hiê ̣n tượng thực tế có liên quan.

2. Chuẩn bi ̣ 2.1. Giáo viên

Mơ hình máy phát điện xoay chiều.

Dao động kí để biểu diễn đồ thị của cường độ dịng điện theo thời gian. Phiếu học tập.

P1 : Một khung dây hình chữ nhật, kích thước 40cm x 60cm, gồm 200 vịng dây, được đặt trong một từ trường đều cĩ cảm ứng từ 0,2T. Trục đối xứng của khung dây vuơng gĩc với từ trường. Khung dây quay quanh trục đối xứng đĩ với vận tốc 120vịng/phút.

a. Tính tần số của suất điện động.

b. Chọn thời điểm t = 0 là lúc mặt phẳng khung dây vuơng gĩc với đường cảm ứng từ. Viết biểu thức suất điện động cảm ứng trong khung dây.

c. Suất điện động tại t = 5s kể từ thời điểm ban đầu cĩ giá trị nào ?

d. Nếu bỏ qua điện trở của khung dây thì hiệu điện thế hai đầu khung dây cĩ